JP6535173B2 - Method and apparatus for optimizing configuration of distributed energy system - Google Patents
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Description
本発明は、分散型エネルギーシステムの構成最適化方法及び装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for configuration optimization of distributed energy systems.
近年、工業団地、工場および業務用ビルなどの大型施設には、電力や熱などのエネルギーを消費する多くの設備が設けられている。このエネルギーをまかなう供給源として、複数のエネルギー供給機器を組み合わせた分散型エネルギーシステムが提案されている。このような分散型エネルギーシステムの設備計画においては機器の構成を最適化することが求められる。 In recent years, large-scale facilities such as industrial estates, factories and business buildings are provided with many facilities that consume energy such as power and heat. A distributed energy system combining a plurality of energy supply devices has been proposed as a source of energy to be supplied. In the equipment planning of such a distributed energy system, it is required to optimize the equipment configuration.
一般的に、構成最適化の評価関数には運用コストが含まれるため、構成最適化では構成だけでなくその運用も最適化する必要がある。運用最適化の計算モデルを詳細にすると、解の精度は上がるが決定変数が多くなり、計算に非常に時間がかかってしまう。 Generally, since the evaluation function of the configuration optimization includes the operation cost, it is necessary to optimize not only the configuration but also the operation in the configuration optimization. If the calculation model of operation optimization is detailed, the accuracy of the solution increases but the number of decision variables increases, and the calculation takes a very long time.
これに対し、従来は、運用最適化の計算モデルを簡略化し決定変数を減らすことで、混合整数線形計画法を用いて構成と運用を一括最適化する方法(例えば特許文献1を参照)や、遺伝的アルゴリズムを用いて構成の決定と運用最適化の計算を分離する方法(例えば特許文献2を参照)がある。 On the other hand, conventionally, a method of collectively optimizing the configuration and operation using mixed integer linear programming by simplifying the calculation model of operation optimization and reducing the determination variables (see, for example, Patent Document 1), There is a method (see, for example, Patent Document 2) of separating configuration determination and operation optimization calculation using a genetic algorithm.
しかし、特許文献1の方法では、現実的な運用が考慮できず実用的な解が得られない、特許文献2の方法では、ランダム探索手法であるため解の最適性が保証されないといった問題点がある。
However, the method of
そこで、本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、分散型エネルギーシステムの機器の構成を実用的且つ高精度に最適化することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the problems as described above, and it is an object of the present invention to optimize the configuration of devices of a distributed energy system in a practical and highly accurate manner.
<構成最適化方法>
上記の課題を解決するために、本発明のある態様に係る分散型エネルギーシステムの構成最適化方法は、エネルギーを複数のエネルギー供給機器によって供給する分散型エネルギーシステムの設備計画において機器の構成を最適化する方法であって、運用コストを含む任意の評価関数を、任意の制約条件のもとで最小化する機器の構成を求める構成最適化問題について、選択可能な構成機器の最大数が一台少ない構成最適化問題を複数の部分問題として作成し、前記部分問題を再帰的に解くことにより元の問題の解を求める。
<Configuration optimization method>
In order to solve the above problems, the configuration optimization method of a distributed energy system according to an aspect of the present invention optimizes the configuration of equipment in facility planning of a distributed energy system in which energy is supplied by a plurality of energy supply devices. Method to minimize the arbitrary evaluation function including the operation cost under any constraint conditions. For the configuration optimization problem, the maximum number of selectable constituent devices is one. A few configuration optimization problems are created as a plurality of subproblems, and the solution of the original problem is found by solving the subproblems recursively.
ここで、ある構成最適化問題の解は、最大数構成(その問題で選択可能な構成機器の最大設置数を使った構成)か、部分問題の解の中のどれかである。さらに、最大数構成が解となる可能性があるのは、部分問題で制約条件を満たす解がない場合、あるいは部分問題の解がその問題の最大数構成になっているものがある場合のみと考え、最大数構成が解となる可能性がある場合のみ評価関数を計算することで、計算負荷を削減する。これは、通常、エネルギー機器の台数を増やせば設備コストやメンテナンスコストが増え、運用においても1台を定格負荷で運転する方が2台を部分負荷で運転するより効率がよいため、基本的にある機器の台数を1台増やして評価関数が悪くなった場合、同じ機器の台数をそれ以上増やしても評価関数が良くなることはないという発明者らの知見に基づいている。 Here, the solution to a configuration optimization problem is either the maximum number of configurations (configuration using the maximum number of components selectable in the problem) or the solution of subproblems. Furthermore, the maximum number of configurations may be solved only if there is no solution that satisfies the constraint condition for a partial problem, or if there is a solution for the partial problem that has the maximum number configuration of problems. Consider and reduce the computational load by calculating the evaluation function only when the maximum number configuration is likely to be a solution. This is because, generally, increasing the number of energy devices increases equipment costs and maintenance costs, and it is basically more efficient to operate one at rated load than to operate two at partial load in operation as well. When the number of certain devices increases by one and the evaluation function becomes worse, it is based on the inventors' knowledge that the evaluation function does not improve even if the number of the same devices is further increased.
上記構成によれば、機器の構成の決定と運用最適化の計算を分離することができるので、構成と運用を一括最適化する従来の手法に比べて、運用最適化の計算モデルを簡略化する必要がなく、精度の高い解を得ることができる。また、再帰的手法であるため、部分問題をボトムアップ的に解いていくことになり、その中で解となる可能性のある最小の構成のみ運用最適化計算を行うので、計算負荷も少なく実用的な計算時間内で最適構成を求めることができる。また、ランダム探索手法ではなく全探索手法であり、特異なケースを除けば大域的最適解が得られると考えられる。 According to the above configuration, since the determination of the configuration of the device and the calculation of the operation optimization can be separated, the calculation model of the operation optimization is simplified as compared with the conventional method of collectively optimizing the configuration and the operation. It is not necessary to obtain an accurate solution. In addition, since it is a recursive method, partial problems will be solved bottom-up, and only the minimum configuration that can be a solution among them is used for operation optimization calculation, so the calculation load is small and practical The optimal configuration can be determined within typical computing time. Moreover, it is not a random search method but a full search method, and it is considered that a global optimum solution can be obtained except in a specific case.
また、構成最適化問題やその部分問題において制約条件を満たす解がない場合は、制約条件を満たさない度合いに応じて評価関数の値にペナルティを加えた上で、評価関数の値が最小の構成を解としてもよい。上記構成によれば、構成最適化問題の最大数構成が解となる可能性があるのは、部分問題の解が制約条件を満たしていなくても最大数構成である場合のみと考えることができるため、計算負荷を更に削減できる。 In addition, when there is no solution that satisfies the constraint condition in the configuration optimization problem or its subproblem, a configuration in which the evaluation function value is the smallest after adding a penalty to the evaluation function value according to the degree of not satisfying the constraint condition Solution. According to the above configuration, it can be considered that the maximum number configuration of the configuration optimization problem may be solved only when the solution of the partial problem is the maximum number configuration even if the constraints are not satisfied. Therefore, the computational load can be further reduced.
<構成最適化装置>
本発明のその他の態様に係る分散型エネルギーシステムの構成最適化装置は、エネルギーを複数のエネルギー供給機器によって供給する分散型エネルギーシステムの設備計画において機器の構成を最適化する装置であって、運用コストを含む任意の評価関数を、任意の制約条件のもとで最小化する機器の構成を求める構成最適化問題について、選択可能な構成機器の最大数が一台少ない構成最適化問題を複数の部分問題として作成し、前記部分問題を再帰的に解くことにより元の問題の解を求める演算部を備える。
<Configuration Optimization Device>
The configuration optimization device for a distributed energy system according to another aspect of the present invention is a device for optimizing the configuration of a device in facility planning of a distributed energy system in which energy is supplied by a plurality of energy supply devices, For a configuration optimization problem that seeks the configuration of a device that minimizes any evaluation function including cost under any constraint conditions, multiple configuration optimization problems with one less maximum number of selectable components can be selected. The computation unit is provided as a subproblem and generating a solution of the original problem by recursively solving the subproblem.
前記演算部は、前記複数の部分問題のうち少なくとも一つの部分問題について前記制約条件を満たす解がない場合、又は、前記複数の部分問題のうち少なくとも一つの部分問題の解がその部分問題の最大数構成になっている場合は、前記構成最適化問題の解は、前記構成最適化問題の最大数構成又は前記複数の部分問題の解の中で、前記制約条件を満たし、かつ、前記評価関数の値が最小の構成とし、前記複数の部分問題のいずれの部分問題の解も前記制約条件を満たし、かつ前記部分問題のいずれの部分問題の解もその部分問題の最大数構成になっていない場合は、前記構成最適化問題の解は、前記複数の部分問題の解の中で前記評価関数の値が最小の構成とする、ように構成されていてもよい。 If the computing unit does not have a solution satisfying the constraint condition for at least one subproblem among the plurality of subproblems, or a solution of at least one subproblem among the plurality of subproblems is the maximum In the case of several configurations, the solution of the configuration optimization problem satisfies the constraints among the maximum number configurations of the configuration optimization problem or the solutions of the plurality of subproblems, and the evaluation function The solution of any subproblem of the plurality of subproblems satisfies the constraint, and the solution of any subproblem of the subproblem is not the maximum number composition of the subproblems. In the case, the solution of the configuration optimization problem may be configured such that the value of the evaluation function is the smallest among the solutions of the plurality of subproblems.
前記演算部は、前記部分問題において前記制約条件を満たす解がない場合は、前記制約条件を満たさない度合いに応じて前記評価関数の値にペナルティを加え、ペナルティを加えた前記評価関数の値が最小の構成を解とするものとし、前記複数の部分問題のうち少なくとも一つの部分問題の解がその部分問題の最大数構成になっている場合は、前記構成最適化問題の解は、前記構成最適化問題の最大数構成又は前記複数の部分問題の解の中で、前記ペナルティを加えた前記評価関数の値が最小の構成とし、前記複数の部分問題のいずれの部分問題の解もその部分問題の最大数構成になっていない場合は、前記構成最適化問題の解は、前記複数の部分問題の解の中で前記ペナルティを加えた前記評価関数の値が最小の構成とする、ように構成されていてもよい。 The calculation unit adds a penalty to the value of the evaluation function according to the degree of failure to satisfy the restriction condition when there is no solution satisfying the restriction condition in the partial problem, and the value of the evaluation function to which the penalty is added is If the solution of at least one of the plurality of partial problems is the maximum number configuration of the partial problems, the solution of the configuration optimization problem is the solution. Among the maximum number configuration of the optimization problem or the solution of the plurality of subproblems, the value of the evaluation function to which the penalty is added is the smallest, and the solution of any subproblem of the plurality of subproblems The solution of the configuration optimization problem is configured such that the value of the evaluation function to which the penalty is added is the smallest among the solutions of the plurality of subproblems, if the problem is not in the maximum number configuration. Composed It may be.
本発明によれば、分散型エネルギーシステムの機器の構成を実用的且つ高精度に最適化することができる。 According to the present invention, the device configuration of the distributed energy system can be optimized practically and with high accuracy.
本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals throughout all the drawings, and redundant description will be omitted.
図1は、本発明の一実施形態に係る構成最適化装置の処理対象である分散型エネルギーシステム、および、需要家の構成の一例を示すブロック図である。図1に示すように、分散型エネルギーシステム20は、需要家30にエネルギーを供給する供給源である。需要家30は、エネルギーを消費する設備31により構成されている。需要家30としては、たとえば、工業団地、工場および業務用ビルなどの施設、ならびに、都市などの消費地などが挙げられる。
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a distributed energy system to be processed by a configuration optimization apparatus according to an embodiment of the present invention, and a customer. As shown in FIG. 1, the
分散型エネルギーシステム20は、複数のエネルギー供給機器21により構成されている。エネルギーは、一次エネルギー源から変換して生成される二次エネルギーであって、たとえば、電力および蒸気(熱)が例として挙げられる。
The
エネルギー供給機器(以下、単に機器ともいう)21は、一次エネルギー源から二次エネルギーに変換する装置である。エネルギー供給機器21として、たとえば、石炭火力発電装置(石炭火力)、ガスタービン、ガスエンジン、燃料電池、太陽光発電、吸収式冷凍機、ボイラ等の種類がある。本実施形態ではエネルギー供給機器21は、選択可能なm種類(mは1以上の整数)の機器1〜機器mにより構成される。
An energy supply device (hereinafter, also simply referred to as a device) 21 is a device that converts a primary energy source into secondary energy. Examples of the
図2は、図1の分散型エネルギーシステム20の構成を最適化する装置(以下、単に構成最適化装置という)の構成の一例を示すブロック図及びデータフロー図である。図2に示すように、構成最適化装置10には、入力装置(図示せず)によってパラメータが入力される。ここでパラメータは、分散型エネルギーシステム20の構成最適化問題10A、デマンド入力条件10B、及び機器のデータベース10Cに関する情報を含む。
FIG. 2 is a block diagram and a data flow diagram showing an example of the configuration of an apparatus for optimizing the configuration of the
構成最適化問題10Aに関する情報とは、分散型エネルギーシステム20の選択可能な構成機器の種類、各機器毎の最小設置数及び最大設置数の情報である。デマンド入力条件に関する情報とは、電力や蒸気などのデマンドパターン、燃料単価、買電単価、評価年数等の情報である。機器データベースに関する情報とは、機器特性、設備費、メンテナンス費等の情報である。
The information related to the
構成最適化装置10は、演算部11および記憶部12を備え、例えば、コンピュータによって構成される。演算部11および記憶部12は、たとえば、それぞれ、コンピュータのCPU及び内部メモリによって構成される。
The
演算部11は、入力されたパラメータに基づいて、分散型エネルギーシステム20の構成最適化方法を実行するための演算処理を行い、最適構成10Dを出力する。ここで最適構成10Dとは、選択可能なm種類の機器(機器1〜機器m)の各機器の最適な設置数(n1〜nm)である。
The
記憶部12には、パラメータ、評価関数、構成最適化プログラムその他情報が記憶される。構成最適化プログラムは、分散型エネルギーシステム20の構成最適化方法をコンピュータ(演算部11)に実行させるためのプログラムである。なお、構成最適化プログラムは、コンピュータに内蔵された記憶部12に記憶されたものに限定されず、記憶媒体や他の記憶部に記憶されたものであってもよいし、入力装置によって入力されたものであってもよいし、ネットワークを介して受信されたものであってもよい。
The
図3は、図2の演算部11において構成最適化方法を実行する機能ブロック及びデータフロー図である。図3に示すように、演算部11は、構成最適化部15と、ランニング評価部16と、イニシャル評価部17と、トータル評価部18を含む各機能ブロックを実現する(各機能ブロックとして動作する)ように構成されている。ここで15A〜15Eは各ブロック間の演算に用いられるデータを示している。
FIG. 3 is a functional block and data flow diagram for executing the configuration optimization method in the
構成最適化部15は、入力された構成最適化問題10Aを解くため、構成最適化問題10Aの選択可能な構成機器の最大数が一台少ない構成最適化問題を複数の部分問題15Aとして作成する。構成最適化問題10Aは、運用コストを含む任意の評価関数を、任意の制約条件のもとで最小化する機器の構成を求める問題である。
ここで与えられた構成最適化問題P0を、選択可能な構成機器の最大数n1 max〜nm maxを使って(n1 max,n2 max,…,nm max)と表現すると、その部分問題15Aはm個あり、以下のP1〜Pmのようになる。
In order to solve the input
Expressing the configuration optimization problem P 0 given here as (n 1 max , n 2 max ,..., N m max ) using the maximum number n 1 max to n m max of selectable components: There are m subproblems 15A, and they become P 1 to P m below.
(P1)(n1 max−1,n2 max,…,nm max)
(P2)(n1 max,n2 max−1,…,nm max)
:
(Pm)(n1 max,n2 max,…,nm max−1)・・・(1)
(P 1 ) (n 1 max −1, n 2 max ,..., N m max )
(P 2 ) (n 1 max , n 2 max −1,..., N m max )
:
(P m ) (n 1 max , n 2 max ,..., N m max −1) (1)
さらに構成最適化部15は、作成した部分問題15Aを解くため、部分問題15Aを新たに構成最適化問題10Aと見做して呼び出すことができる再帰プロセスになっている。
Furthermore, in order to solve the created
図4は構成最適化部15の再帰プロセスによって展開される部分問題15Aの一例を示す図であり、選択可能な構成機器が3種類(m=1,2,3例えば機器m=1はガスタービン、機器m=2はガスエンジン,機器m=3はボイラ)、各機器の最小設置数がn1 min=n2 min=n3 min=0、最大設置数がn1 max=n2 max=n3 max=2の構成最適化問題(2,2,2)に対する部分問題の展開図である。図4の上位側の要素と下位側の要素が元の構成最適化問題と部分問題の関係にあり、元の構成最適化問題に対応する部分問題が線で結ばれている。例えば、同図では、最上位に位置する構成最適化問題(2,2,2)に対し、選択可能な構成機器の最大数が一台少ない構成最適化問題(1,2,2)、(2,1,2)、(2,2,1)が複数の部分問題15Aとして作成される。そして、部分問題(1,2,2)、(2,1,2)、(2,2,1)は、再帰プロセスによって、新たに構成最適化問題10Aと見做され、選択可能な構成機器の最大数が一台少ない構成最適化問題(0,2,2)、(1,1,2)、(1,2,1)、(2,0,2)、(2,1,1)、(2,2,0)が複数の部分問題15Aとして作成される。
FIG. 4 is a view showing an example of the
図4からわかるように部分問題15Aは複数の上位問題に対して共通になることが多いが、一度求めた部分問題15Aの解は記憶部12に記録しておき、計算結果を再利用することで計算時間を短縮できる。尚、本実施形態では、展開図を図示できるように構成の組み合わせ数が少ない例を示しているが、構成最適化問題10Aは、実際、数万〜数十万通りの組み合わせ数でもよい。
As can be seen from FIG. 4, the
構成最適化部15は、構成最適化問題10Aについて、その部分問題15Aの解以外に解となる可能性がある構成(機器1〜機器mの各設置数n1〜nm)15Bを探索する。具体的には、構成最適化問題10Aの最大数構成(その問題で選択可能な構成機器の最大設置数を使った構成、すなわち、n1=n1 max,n2=n2 max,…,nm=nm maxの構成)が解となる可能性があるか判断する。本実施形態では、例えば、構成最適化問題10Aの最大数構成が解となる可能性があるのは、部分問題15Aの解がその問題の最大数構成になっているものがある場合のみと考える。これは、通常、エネルギー設備では、ある機器の台数を1台増やして評価関数が悪くなった場合、同じ機器の台数をそれ以上増やしても評価関数が良くなることはないという知見に基づいている。
The
構成最適化部15は、構成最適化問題10Aについて、その部分問題15Aの解以外に解となる可能性があると判断した構成15Bをランニング評価部16及びイニシャル評価部17に出力し、構成15Bのトータルコスト(評価関数)15Eをトータル評価部18から取得する。そして部分問題15Aの解と比較して評価関数の最も小さい構成を構成最適化問題10Aの解とし、その評価関数の値とともに記憶部12に保存する。
The
構成最適化部15は、再帰プロセスの最初の呼び出しにおける構成最適化問題10Aの解を最適構成(機器1〜機器mの最適な各設置数n1〜nm)10Dとして出力する。本実施形態では、構成最適化部15は、後述するように、最大設置数が最小設置数と等しい部分問題15Aからボトムアップ的に解いていき、最終的に、再帰プロセスの最初の呼び出しにおける構成最適化問題10Aの解を求める。
The
ランニング評価部16は、デマンドパターン、燃料単価、買電単価、機器特性(効率、運転制約)、メンテナンス費、及び構成最適化部15から入力された構成15Bに関する情報に基づいて、式(2)のランニングコスト15Cを算出し、これをトータル評価部18に出力する。
The running
ここで、Dkは季節kの日数、Fk,tは機器1〜機器mがそれぞれn1〜nm台設置されているとき、季節kの時刻tにおける最小運用コストである。運用コストは各機器の燃料単価と買電単価、メンテナンス費などを含む。また、その季節・時刻のエネルギー需要を満たせない場合は、エネルギーの不足量に応じて運用コストにペナルティを加える。なお、エネルギー需要は電力や蒸気、温水、冷水など同時に複数あってもよい。Fk,tを求めるには、設置された機器(n1+n2+…+nm台分)の起動停止状態や運転負荷、買電量などを運用コストが最小となるように決める必要があるが、これは既存の運用最適化手法を用いて求めることができる(例えば特開2004−317049号公報を参照)。
Here, D k is the number of days of season k, and F k, t is the minimum operation cost at time t of season k when
イニシャル評価部17は、機器データベースの設備費、及び構成最適化部15から入力された構成15Bに関する情報に基づいて、式(3)のイニシャルコスト15Dを算出し、これをトータル評価部18に出力する。
The
ここで、Cmは機器mの設備コストである。 Here, Cm is the equipment cost of the device m.
トータル評価部18は、ランニング評価部16から入力されたランニングコスト15C、及びイニシャル評価部17から入力されたイニシャルコスト15D、及び評価年数Yに関する情報に基づいて、式(4)のトータルコスト(評価関数J)15Eを算出し、これを構成最適化部15に出力する。
The
次に、図5〜図6を用いて構成最適化演算の手順について説明する。まず、構成最適化装置10は、パラメータを取得する(図5のステップS1)。分散型エネルギーシステム20の構成最適化問題10A、デマンド入力条件10B、及び機器のデータベース10Cに関する情報である。本実施形態では構成最適化問題10Aに関するパラメータとして、選択可能な構成機器の種類m(m=1,2,3)、各機器の最小設置数(n1 min=n2 min=n3 min=0)、最大設置数(n1 max=n2 max=n3 max=2)が入力される。
Next, the procedure of the configuration optimization calculation will be described with reference to FIGS. First, the
次に、構成最適化装置10は、エネルギー機器の最適構成(機器1〜機器mの最適な各設置数n1〜nm)を求める(図5のステップS2)。ステップS2において、まず、構成最適化部15は、図6に示すように、与えられた構成最適化問題における最小設置数が最大設置数と等しいか否かを判定する(ステップS21)。本実施形態では最初に与えられた構成最適化問題10Aについて各機器の最小設置数は0、最大設置数は2であるので、最小設置数と最大設置数は異なる。 最小設置数と最大設置数が異なる場合は(ステップS21でNO)、構成最適化部15は、与えられた構成最適化問題10Aについて、選択可能な構成機器の最大数が一台少ない構成最適化問題を複数の部分問題15Aとして作成する(ステップS24)。例えば、与えられた構成最適化問題(2,2,2)に対し、選択可能な構成機器の最大数が一台少ない構成最適化問題(1,2,2)、(2,1,2)、(2,2,1)を部分問題15Aとして作成する(図4の最上位参照)。
Next, the
次に、構成最適化部15は、記憶部12を参照して、部分問題15Aについて計算が完了しているか否かを確認し(ステップS25)、計算済みでない場合には部分問題15Aを新たに構成最適化問題10Aと見做してステップS2を再帰的に呼び出し、構成最適化演算を実行する(ステップS26)。ここでは、構成最適化問題(1,2,2)、(2,1,2)、(2,2,1)をそれぞれ解くための3つのプロセスを呼び出す。さらに、例えば、3つのプロセスの中の構成最適化問題(1,2,2)が与えられたプロセスでは、部分問題(0,2,2)、(1,1,2)、(1,2,1)を作成し、これを解くための3つのプロセスを呼び出す。このように、構成最適化部15は、そのプロセスに与えられた構成最適化問題10Aの最大設置数が最小設置数と等しくなるまで、部分問題15Aを作成し、それを解くためのプロセスを呼び出す。例えば、構成最適化問題(0,0,1)が与えられたプロセスでは、最大設置数が最小設置数と等しい部分問題(0,0,0)が作成され、構成最適化問題(0,0,0)を解くためのプロセスが呼び出される(図4の最下位参照)。最小設置数と最大設置数が等しい場合には(ステップS21でYES)、構成最適化部15は、最小設置数と最大設置数が等しい構成を解とする。したがって、構成最適化問題(0,0,0)が与えられたプロセスでは、この構成n1=n2=n3=0をランニング評価部16とイニシャル評価部17に出力し、トータル評価部18から評価関数Jを取得する(ステップS22)。当然のことながら、構成n1=n2=n3=0は制約条件を満たさないが、本実施形態では、制約条件を満たさない度合いに応じて評価関数Jの値にペナルティを加える。その評価関数を記憶部12に保存し(ステップS23)、構成n1=n2=n3=0を構成最適化問題(0,0,0)の最適解10Dとして出力する。そして、構成最適化問題(0,0,1)が与えられたプロセスでは、部分問題(0,0,0)の解が計算されたことになり(ステップS26が完了)、次のステップに進む。
Next, the
次に、構成最適化部15は、部分問題15Aの解について、最大数構成(その問題で選択可能な構成機器の最大設置数を使った構成)の解が存在するか否かを確認する(ステップS27)。具体的には、例えば、構成最適化問題(0,0,1)が与えられたプロセスでは、部分問題(0,0,0)の解について最大数構成(その問題で選択可能な構成機器の最大設置数を使った構成)の解が存在するか否かを確認する。
Next, the
次に、構成最適化部15は、最大数構成の解が存在する場合には(ステップS27でYES)、与えられた構成最適化問題の最大数構成の評価関数を計算する(ステップS28)。そして、構成最適化部15は、与えられた構成最適化問題の最大数構成の解と部分問題の解の中で最良の解を選択する(ステップS29)。ここで構成最適化問題(0,0,1)の部分問題(0,0,0)の解n1=n2=n3=0はその最大数構成となっているので(ステップS26)、ステップS28において、構成最適化問題(0,0,1)の最大数構成n1=n2=0、n3=1の評価関数を計算し、ステップS29において、構成最適化問題(0,0,1)の最大数構成n1=n2=0、n3=1又は部分問題(0,0,0)の解n1=n2=n3=0のうち、ペナルティを加えた評価関数の値が最小の構成を解とする。
Next, when there is a solution with the maximum number of configurations (YES in step S27), the
一方、最大数構成の解が存在しない場合には(ステップS27でNO)、部分問題の解の中で最良の解を選択する(ステップS30)。つまり、構成最適化部15は、部分問題15Aのいずれの部分問題の解もその問題の最大数構成になっていない場合には、部分問題15Aの解の中でペナルティを加えた評価関数の値が最小の構成を、与えられた構成最適化問題10Aの解とする。
On the other hand, when there is no solution with the maximum number configuration (NO in step S27), the best solution among solutions of the partial problem is selected (step S30). That is, the
最後に、選択した解とその評価関数を記憶部12に保存し(ステップS23)、選択した解を出力する。このように再帰プロセスでは、下位側の(組み合わせ数が少ない)構成最適化問題(0,0,1)(0,1,0)(1,0,0)の解を計算した後、上位側の(組み合わせ数が多い)構成最適化問題(0,0,2)、(0,1,1)、(0,2,0)、(1,0,1)、(1,1,0)、(2,0,0)の解を計算することになり、構成最適化問題10Aをボトムアップ的に解いていく。そして、最終的に、ステップS2の最初の呼び出しにおける構成最適化問題(2,2,2)の解を最適解として出力する(図5のステップS3)。
Finally, the selected solution and its evaluation function are stored in the storage unit 12 (step S23), and the selected solution is output. Thus, in the recursive process, after the solution of the lower-order (small number of combinations) configuration optimization problem (0, 0, 1) (0, 1, 0) (1, 0, 0) is calculated, Configuration optimization problems (0, 0, 2), (0, 1, 1), (0, 2, 0), (1, 0, 1), (1, 1, 0) , (2, 0, 0) are to be calculated, and the
[作用効果]
本実施形態では、ある構成最適化問題10Aの解は、最大数構成(その問題で選択可能な構成機器の最大設置数を使った構成)か、部分問題15Aの解の中のどれかである。さらに、最大数構成が解となる可能性があるのは、部分問題15Aの解がその問題の最大数構成になっているものがある場合のみと考え、構成最適化部15により、最大数構成が解となる可能性がある場合のみ評価関数を計算することで、計算負荷を削減する。
[Function effect]
In the present embodiment, the solution to a
本実施形態によれば、機器の構成の決定と運用最適化の計算を分離することができるので、構成と運用を一括最適化する従来の手法に比べて、運用最適化の計算モデルを簡略化する必要がなく、精度の高い解を得ることができる。また、再帰的手法であるため、部分問題15Aをボトムアップ的に解いていくことになり、その中で解となる可能性のある最小の構成のみ運用最適化計算を行うので、計算負荷も少なく実用的な計算時間内で最適構成を求めることができる。また、ランダム探索手法ではなく全探索手法であり、特異なケースを除けば大域的最適解が得られると考えられる。
According to the present embodiment, since the determination of the configuration of the device and the calculation of the operation optimization can be separated, the calculation model of the operation optimization is simplified as compared with the conventional method of collectively optimizing the configuration and the operation. It is not necessary to do this, and a highly accurate solution can be obtained. In addition, since it is a recursive method,
更に、本実施形態では、構成最適化部15は、部分問題15Aにおいて制約条件を満たす解がない場合は、制約条件を満たさない度合いに応じて評価関数の値にペナルティを加えた上で、評価関数の値が最小の構成を解とするように構成されているので、構成最適化問題10Aの最大数構成が解となる可能性があるのは、部分問題15Aの解が制約条件を満たしていなくても最大数構成である場合のみと考えることができるため、計算負荷を更に削減できる。
Furthermore, in the present embodiment, when there is no solution that satisfies the constraint condition in the
[変形例]
次に、本実施形態の変形例について相違点を中心に説明する。本実施形態では、部分問題15Aにおいて制約条件を満たす解がない場合は、制約条件を満たさない度合いに応じて評価関数の値にペナルティを加え、ペナルティを加えた評価関数の値が最小の構成を解とするものとしたが、本変形例では、構成最適化部15は、部分問題15Aにおいて制約条件を満たす解がない場合は、解無しとする。
[Modification]
Next, modifications of the present embodiment will be described focusing on differences. In this embodiment, when there is no solution that satisfies the constraint condition in the
更に、本変形例では、構成最適化問題10Aの最大数構成が解となる可能性があるのは、部分問題15Aの解がその部分問題の最大数構成になっている場合だけでなく、部分問題15Aのうち少なくとも一つの部分問題について制約条件を満たす解がない場合も含めて考える(図6のステップS27参照)。
Furthermore, in this modification, the maximum number configuration of the
そして、構成最適化部15は、部分問題15Aにおいて制約条件を満たす解がない場合、又は、最大数構成の解が存在する場合には(図6のステップS27でYES)、与えられた構成最適化問題の最大数構成の評価関数を計算する(図6のステップS28)。そして、構成最適化部15は、与えられた構成最適化問題の最大数構成の解と部分問題の解の中で最良の解を選択する(図6のステップS29)。つまり、構成最適化問題10Aの解は、構成最適化問題10Aの最大数構成又は部分問題15Aの解の中で、制約条件を満たし、かつ、評価関数の値が最小の構成とする。
Then, when there is no solution satisfying the constraint condition in the
一方、部分問題15Aの解がすべて制約条件を満たし、かつ、最大数構成の解が存在しない場合には(図6のステップS27でNO)、部分問題の解の中で最良の解を選択する(図6のステップS30)。つまり、構成最適化部15は、部分問題15Aのいずれの部分問題の解もその問題の最大数構成になっていない場合には、部分問題15Aの解の中で評価関数の値が最小の構成を、構成最適化問題10Aの解とする。本変形例においても本実施形態と同様の効果を奏することができる。
On the other hand, if all the solutions of
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。 From the above description, many modifications and other embodiments of the present invention will be apparent to those skilled in the art. Accordingly, the above description should be taken as exemplary only, and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best mode of carrying out the present invention. The structural and / or functional details may be substantially altered without departing from the spirit of the present invention.
本発明は、ガスタービン、ガスエンジン等、多種複数のエネルギー機器で構成された分散型エネルギーシステムの設備計画に用いることができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for facility planning of a distributed energy system configured with a plurality of energy devices such as gas turbines and gas engines.
10 構成最適化装置
11 演算部
12 記憶部
15 構成最適化部
16 ランニング評価部
17 イニシャル評価部
18 トータル評価部
20 分散型エネルギーシステム
21 エネルギー供給機器
30 需要家
31 設備
DESCRIPTION OF
Claims (2)
運用コストを含む任意の評価関数及び制約条件に関する情報を予め前記記憶部に記憶しておくステップと、
前記入力部によって、前記分散型エネルギーシステムの構成最適化問題、デマンド入力条件、及び、機器のデータベースに関する情報を含むパラメータの入力を受け付けるステップと、
前記演算部によって、前記評価関数及び制約条件に関する情報、並びに、前記パラメータを取得し、取得した前記評価関数及び制約条件に関する情報、並びに、前記パラメータに基づいて、前記評価関数を、前記制約条件のもとで最小化する機器の構成を求める構成最適化問題について、選択可能な構成機器の最大数が一台少ない構成最適化問題を複数の部分問題として作成し、前記部分問題を再帰的に解くことにより元の問題の解を求めるステップと、を含み、
前記演算部によって解を求める前記ステップは、前記部分問題において前記制約条件を満たす解がない場合は、前記制約条件を満たさない度合いに応じて前記評価関数の値にペナルティを加え、ペナルティを加えた前記評価関数の値が最小の構成を解とするものとするステップと、
前記複数の部分問題のうち少なくとも一つの部分問題の解がその部分問題の最大数構成になっている場合は、前記構成最適化問題の解は、前記構成最適化問題の最大数構成又は前記複数の部分問題の解の中で、前記ペナルティを加えた前記評価関数の値が最小の構成とするステップと、
前記複数の部分問題のいずれの部分問題の解もその部分問題の最大数構成になっていない場合は、前記構成最適化問題の解は、前記複数の部分問題の解の中で前記ペナルティを加えた前記評価関数の値が最小の構成とするステップと、
を含む、分散型エネルギーシステムの構成最適化方法。 A method implemented in a configuration optimization apparatus including an input unit, a storage unit, and a calculation unit, and the configuration of equipment is optimized in the facility planning of a distributed energy system in which energy is supplied by a plurality of energy supply equipment Configuration optimization method, and
Storing in advance in the storage unit information regarding an arbitrary evaluation function and constraint conditions including an operation cost;
Accepting, by the input unit, input of a parameter including information on a configuration optimization problem of the distributed energy system, a demand input condition, and a device database;
By the arithmetic unit, the information on the evaluation function and constraints, as well as to obtain the parameters, obtained the evaluation function and the constraint condition information about the, and, on the basis of the parameter, the evaluation function, the constraint For the configuration optimization problem for which the configuration of the device to be minimized is sought, a configuration optimization problem with a smaller maximum number of selectable components is created as a plurality of partial problems, and the partial problems are solved recursively anda step of solving the original problem by,
In the step of obtaining a solution by the operation unit, when there is no solution satisfying the constraint condition in the subproblem, a penalty is added to the value of the evaluation function according to the degree of not satisfying the constraint condition and a penalty is added. Solving the solution with the smallest value of the evaluation function;
When the solution of at least one of the plurality of partial problems is the maximum number configuration of the partial problems, the solution of the configuration optimization problem is the maximum number configuration of the configuration optimization problems or the plurality Setting the value of the evaluation function to which the penalty is added to a minimum among solutions of the subproblems of
The solution of the configuration optimization problem adds the penalty among the solutions of the plurality of subproblems if the solution of any of the plurality of subproblems is not the maximum number configuration of the subproblems. Setting the value of the evaluation function to a minimum;
How to optimize the configuration of distributed energy systems , including:
運用コストを含む任意の評価関数及び制約条件に関する情報を予め記憶しておく記憶部と、
前記分散型エネルギーシステムの構成最適化問題、デマンド入力条件、及び、機器のデータベースに関する情報を含むパラメータの入力を受け付ける入力部と、
前記評価関数及び制約条件に関する情報、並びに、前記パラメータを取得し、取得した前記評価関数及び制約条件に関する情報、並びに、前記パラメータに基づいて、前記評価関数を、前記制約条件のもとで最小化する機器の構成を求める構成最適化問題について、選択可能な構成機器の最大数が一台少ない構成最適化問題を複数の部分問題として作成し、前記部分問題を再帰的に解くことにより元の問題の解を求める演算部と、を備え、
前記演算部は、前記部分問題において前記制約条件を満たす解がない場合は、前記制約条件を満たさない度合いに応じて前記評価関数の値にペナルティを加え、ペナルティを加えた前記評価関数の値が最小の構成を解とするものとし、
前記複数の部分問題のうち少なくとも一つの部分問題の解がその部分問題の最大数構成になっている場合は、前記構成最適化問題の解は、前記構成最適化問題の最大数構成又は前記複数の部分問題の解の中で、前記ペナルティを加えた前記評価関数の値が最小の構成とし、
前記複数の部分問題のいずれの部分問題の解もその部分問題の最大数構成になっていない場合は、前記構成最適化問題の解は、前記複数の部分問題の解の中で前記ペナルティを加えた前記評価関数の値が最小の構成とする、分散型エネルギーシステムの構成最適化装置。 An optimization apparatus that executes a configuration optimization method for optimizing the configuration of equipment in facility planning of a distributed energy system in which energy is supplied by a plurality of energy supply equipment,
A storage unit for storing in advance information on an arbitrary evaluation function and constraints including an operation cost;
An input unit that receives input of parameters including information related to a configuration optimization problem of the distributed energy system, a demand input condition, and a database of devices;
Information about the evaluation function and constraints, as well as to obtain the parameters, obtained the evaluation function and the constraint condition information about the, and, on the basis of the parameter, the evaluation function, minimization under the constraint For the configuration optimization problem for which the configuration of the target device is to be determined, a configuration optimization problem in which the maximum number of selectable components is one less is created as a plurality of partial problems, and the original problem is solved by solving the partial problem recursively. e Bei a calculation unit, a seeking solutions of,
The calculation unit adds a penalty to the value of the evaluation function according to the degree of failure to satisfy the restriction condition when there is no solution satisfying the restriction condition in the partial problem, and the value of the evaluation function to which the penalty is added is Let us solve the minimum configuration,
When the solution of at least one of the plurality of partial problems is the maximum number configuration of the partial problems, the solution of the configuration optimization problem is the maximum number configuration of the configuration optimization problems or the plurality In the solution of the subproblem of, the value of the evaluation function to which the penalty is added is the smallest configuration,
The solution of the configuration optimization problem adds the penalty among the solutions of the plurality of subproblems if the solution of any of the plurality of subproblems is not the maximum number configuration of the subproblems. An apparatus for optimizing the configuration of a distributed energy system , wherein the value of the evaluation function is minimized .
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